水污染控制工程培訓(xùn)課程

水污染控制工程唐玉朝安徽建筑工業(yè)學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系E-mail:tangyc@DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,AnhuiUniversityofArchitecture第五節(jié)活性污泥工藝設(shè)計(BOD去除)活性污泥確定工藝:根據(jù)污水水質(zhì)和水量和處理要求,確定工藝類型,工藝流程.城市污水,BOD/COD值較高,設(shè)計流量較大一般可選活性污泥工藝;有無脫N除P方面的要求,假設(shè)有可選SBR,氧化溝等具有去除N，P功能的工藝;水質(zhì)要求,假設(shè)以達(dá)標(biāo)排放為目的,一般經(jīng)過活性污泥工藝BOD可以去70-85%,假設(shè)一次處理不達(dá)標(biāo),可二級處理,假設(shè)以回用為目的,需要深度處理.確定參數(shù)關(guān)鍵。WaterPollutionControlEngineering活性污泥計算各反響器:曝氣池的形狀,數(shù)量;初沉淀池,二沉淀池,(中間沉淀池,調(diào)節(jié)池,勻化池,厭氧池).計算空氣:空氣量.計算回流污泥和剩余污泥:污泥回流比,剩余污泥量，污泥處理流程等.計算高程：構(gòu)筑物高程和平面布置,污泥高程.設(shè)備選型:泵,鼓風(fēng)機(jī)或機(jī)械曝氣設(shè)備等.

WaterPollutionControlEngineering活性污泥1.曝氣池設(shè)計計算理論方法和經(jīng)驗方法的結(jié)合,理論方法所需要的參數(shù)可以經(jīng)過試驗確定或根據(jù)經(jīng)驗確定;經(jīng)驗方法直接以經(jīng)驗數(shù)據(jù),無理論依據(jù).

(A)．有機(jī)負(fù)荷法(BOD負(fù)荷法,污泥負(fù)荷法)屬于經(jīng)驗方法.污泥負(fù)荷：單位時間內(nèi)單位質(zhì)量的污泥能夠接受的BOD量;容積負(fù)荷：單位時間內(nèi)單位體積曝氣池能夠接受的BOD量.

WaterPollutionControlEngineering活性污泥①按污泥負(fù)荷計算： ②按容積負(fù)荷計算： ③按污泥齡計算： Xv-生物反響池內(nèi)混合液揮發(fā)性懸浮固體平均濃度(gMLVSS/L);θc-設(shè)計污泥泥齡(d)；高負(fù)荷時為0.2-2.5，中負(fù)荷時為5-15，低負(fù)荷時為20-30；Kd-衰減系數(shù),內(nèi)源代謝系數(shù)(d-1)，20℃的數(shù)值為0.04-0.075。WaterPollutionControlEngineering活性污泥V-生物反響池的容積(m3);So-生物反響池進(jìn)水五日生化需氧量(mg/L);Se-生物反響池出水五日生化需氧量(mg/L)(當(dāng)為完全處理時可不計);Q-生物反響池的設(shè)計流量(m3/h);Ls-生物反響池的五日生化需氧量污泥負(fù)荷[kgBOD5/(kgMLSS·d)];X-生物反響池內(nèi)混合液懸浮固體平均濃度(gMLSS/L);Lv-生物反響池的五日生化需氧量容積負(fù)荷(kgBOD5/m3);Y-污泥產(chǎn)率系數(shù)(kgMLVSS/kgBOD5).依據(jù)經(jīng)驗確定容積負(fù)荷率和污泥負(fù)荷率。WaterPollutionControlEngineering活性污泥關(guān)于污泥負(fù)荷率Ls：Monod方程可推導(dǎo)底物比降解速率與底物濃度S(勞麥方程)：r=rmax·S/(KS+S)如果考慮微生物濃度：-=rmax·，-為有機(jī)物降解速率，Xv為微生物濃度(MLVSS)，當(dāng)?shù)孜餄舛萐較小時，那么：-=·Xv·S=K2·Xv·S，K2=rmax/KSWaterPollutionControlEngineering活性污泥根據(jù)物料平衡,在穩(wěn)態(tài)時：QS0+QRSe-(Q+QR)Se+V·=0故：-==K2·Xv·SWaterPollutionControlEngineering活性污泥在完全混合曝氣池內(nèi)Se=S，故：=K2Se有機(jī)物去除率η=(S0-Se)/S0，那么S0=，f=MLVSS/MLSS=Xv/X，X=Xv/f，V=Qt，那么t=V/Q將S0、X和V/Q=t代入得：Ls=＝＝===,各參數(shù)可(實驗)得到.WaterPollutionControlEngineering活性污泥

(B).勞倫斯麥卡蒂(Lawrence-McCarty)理論:微生物增長速率：

dX/dt=Y·dS/dt–Kd·XY為合成系數(shù)，Kd內(nèi)源代謝系數(shù)生物固體停留時間：θc=VX/(QwXr+(Q-Qw)Xe)Qw剩余污泥排放量；Xr剩余污泥濃度。穩(wěn)態(tài)下物料平衡：V·dX/dt=Q·X0-[QwXr+(Q-Qw)Xe]+V[Y·dS/dt–Kd·X]=流入-排出+合成–內(nèi)源代謝WaterPollutionControlEngineering根據(jù)以(S0-Se)/t=dS/dt代入,并除以VX得到：

式左為污泥齡倒數(shù)：污泥濃度：WaterPollutionControlEngineering活性污泥活性污泥曝氣池容積V的計算式.Q流量,Y產(chǎn)率系數(shù),S0Se分別表示進(jìn)水出水BOD濃度,X污泥濃度,以MLVSS計,Kd內(nèi)源代謝系數(shù),θc污泥齡.WaterPollutionControlEngineering活性污泥(3)麥金尼法:通過將活性污泥系統(tǒng)中各物質(zhì)的數(shù)量關(guān)系確實定,并建立有機(jī)物濃度,微生物濃度的關(guān)系,解決計算問題.污水中各類有機(jī)物的的組成和生物可降解性能.污水中污染物的轉(zhuǎn)化途徑.麥法的核心內(nèi)容:a:無機(jī)物和不可生物降解的有機(jī)物在活性污泥處理過程中,被微生物吸附,量不變;WaterPollutionControlEngineering活性污泥b:

具體代謝產(chǎn)物的數(shù)量關(guān)系：即33%被氧化分解，80％×2/3=54%左右通過內(nèi)源呼吸降解，13%左右變成了殘物。從上述結(jié)果可以看出，污染物的降解主要是通過靜止期、衰亡期微生物的內(nèi)源呼吸進(jìn)行，并非直接的生物氧化(僅33％)。有機(jī)污染物1/32/3無機(jī)物+能細(xì)胞物質(zhì)20%80%無機(jī)物+能殘留物質(zhì)WaterPollutionControlEngineering活性污泥c:

由于內(nèi)源代謝產(chǎn)物不可完全生物降解,所以可生物降解有機(jī)物的COD(即CODB)與完全生化需氧量(BODU,或BODL)并不相同.WaterPollutionControlEngineering可生物降解有機(jī)物,CODB2/3細(xì)胞物質(zhì)1/3氧化分解20%殘留物質(zhì)80%內(nèi)源代謝假設(shè)k1=0.1,那么BOD5=0.68BODU,代入得到:活性污泥d:各種形態(tài)的活性污泥細(xì)胞的組成根本相同,可以用C5H9O2.5N或C5H7O2N表示.C5H9O2.5N+5.25O2=5CO2+NH3+3H2O123168WaterPollutionControlEngineering活性污泥e:

底物降解速率以Monod方程:

因為出水的BOD很低,與Ks比可忽略:

WaterPollutionControlEngineering因為曝氣池內(nèi)濃度均勻,所以代謝速率是均勻的:假設(shè)Km=K·X/Ks,那么Km為代謝速率系數(shù),水溫20℃,取15/h活性污泥污泥的計算:MLSS＝Ma+Me+Mi+Mii。根據(jù)物料平衡的關(guān)系和有機(jī)物的轉(zhuǎn)化數(shù)量關(guān)系,得到:

WaterPollutionControlEngineeringMio：t小時流入池的MiInfMio：入流的Mii活性污泥需氧量計算:需氧速率:WaterPollutionControlEngineering需氧量=需氧速率×曝氣池容積.活性污泥例題:

城市污水廠進(jìn)水BOD5=200mg/L,SS=200mg/L,SS中80為VSS,VSS中40%是生物不可降解的.污水經(jīng)過初沉淀池后,BOD5可以去除30%,SS可以去除60%,污水設(shè)計最大流量為420m3/h,要求處理水的SS為小于20mg/L,BOD5小于10mg/L,計算曝氣池容積和污泥濃度,以及需氧量.WaterPollutionControlEngineering活性污泥曝氣池容積:根據(jù)水力停留時間來確定,先計算進(jìn)入和流出曝氣池的有機(jī)物濃度.S0=200mg/L×0.7=140mg/L先假設(shè)出水全部BOD為7,那么溶解性BOD:Se=7-20×0.35×0.8=1.5mg/L代入:t=(140-1.5)/15×1.5≈6h曝氣池容積=6h×420m3/h=2520m3WaterPollutionControlEngineering活性污泥污泥計算:內(nèi)源代謝取0.02/h,污泥齡取120hWaterPollutionControlEngineering活性污泥需氧速率:WaterPollutionControlEngineering需氧量=28.23mg/L·h×2520m3

=71.14kg/h=1707kg/d活性污泥

2.剩余污泥計算：剩余污泥P：P·θc=VX，根據(jù)計算曝氣池容積公式，代入得P=

或者微生物增長速率乘以V，剩余污泥：P=V[Y·dS/dt–Kd·X]計算，P=Y·Q·(S0-Se)-Kd·V·Xv可得到同樣結(jié)果。

WaterPollutionControlEngineering活性污泥3.需要空氣量計算以有機(jī)物完全降解計算。當(dāng)耗氧速率常數(shù)為0.1d-1時，根據(jù)公式：BODt=BODu(1-10-k1t),BODt為t時刻BOD值，O2=Q(S0-Se)[1.46-Y/(1+θc·Kd·)]計算空氣注意空氣中氧含量、氧利用率和平安因素。WaterPollutionControlEngineering活性污泥例題1.教材p145。設(shè)計流量：Q＝21600m3/d，沉淀后BOD5為200mg/L，處理后出水總BOD5為20mg/L，f＝0.8，回污泥SS＝10g/L，曝氣池污泥濃度(以MLSS計)3000mg/L,θc=10d，產(chǎn)率系數(shù)Y＝0.6，Kd-1，出水含生物固體(污泥)濃度為12mg/L,其中65％可生化。

WaterPollutionControlEngineering活性污泥(1)參數(shù)確定(Se)出水SS中，可生物降解局部：65％×12mg/L＝7.8mg/L生物降解SS中的BODu＝7.8mg/L×1.42=11mg/L生物降解SS的BOD5＝11mg/L×0.68=7.5mg/L出水的Se為：20-7.5mg/L＝12.5mg/L(設(shè)計允許濃度)注意與下式區(qū)別Se＝WaterPollutionControlEngineering活性污泥

(2)曝氣池容積:(污泥齡)V＝21600m3d-1·10d·0.6()gm-3÷2400gm-3(1+0.08·10)＝5625m3(污泥負(fù)荷)V＝21600m3d-1()gm-3/·3000=5400m3(3)剩余污泥:P==＝1350kg剩余污泥:P=YQ(S0-Se)-Kd·V·XV＝21600m3d-1·0.6(200-12.5)gm-3－0.08·5625m3·2400gm-3＝2430kg-1080kg＝1350kgWaterPollutionControlEngineering活性污泥排放的剩余污泥(以SS計):P(ss)=P/f=1350/0.8=1688kg/d曝氣池內(nèi)污泥濃度MLVSS:2400mg/L;回流污泥濃度VSS:10g/L·f=8000mg/L,曝氣池污泥濃度X與回流污泥濃度Xr關(guān)系:X=r/(1+r)Xr回流比r=X/(XrWaterPollutionControlEngineering(4)需氧量計算(K1為0.1/d)O2＝1.46Q(S0－Se)－1.42△Xv＝1.46·21600m3d－1－1.42·1350kg/d＝5913kg/d－1917kg/d＝3996kg/d(4039)活性污泥WaterPollutionControlEngineering1.46含義。1.42含義?；钚晕勰?/p>

(5)需空氣量計算相關(guān)參數(shù)：;水深6m,堵塞系數(shù);氧利用率18%;擴(kuò)散器上靜水壓，擴(kuò)散器壓力損失4kPa，管路壓力損失，飽和溶解氧濃度，曝氣池內(nèi)溶解氧濃度為2mg/L。O2為4039kg/d，計算：實際氧：O2＝αKLa(T-20)·(β·ρ·(T)-C)·F·V標(biāo)準(zhǔn)曝氣的空氣中供氧為OS:OS＝KLa(20)·CS·VWaterPollutionControlEngineering活性污泥實際有效供氧O2和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下供氧OS的比：WaterPollutionControlEngineering活性污泥WaterPollutionControlEngineering平均飽和溶解氧濃度：Pd為擴(kuò)散器出口的壓力，Pa；Pd＝P+9.8×103H,H水深。Pd＝P+9.8×103H=1.013×105+9.8×103×5.8=1.58×105Paφ0是氣泡在外表破裂時的氧體積分?jǐn)?shù)％。φ0＝EA空氣擴(kuò)散的氧轉(zhuǎn)移效率活性污泥WaterPollutionControlEngineering活性污泥＝7774kg/d供給空氣中含氧量：S＝OS/EA=7774kg/d÷0.18=43191kg/d供給空氣量GS:GS=154526m3/d=6438m3/hWaterPollutionControlEngineering活性污泥例題2.某城市污水，處理規(guī)模50000m3/d，經(jīng)過初沉池后BOD5240mg/l，要求出水BOD5為30mg/lmgVSS/mgBOD5，內(nèi)源代謝系數(shù)為0.058，污泥齡為10d，曝氣池內(nèi)揮發(fā)污泥濃度為2800mg/l，耗氧速率常數(shù)K1-1，求曝氣池有效容積、剩余污泥和需要氧氣量。V==